(57)【要約】  ３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源を用いた光ピックアップ装置において、波長λ１の光束の発光点と、波長λ２、λ３の光束の発光点との間でズレが生じていた場合でも、いずれの光束も光検出器の受光面の適切な位置に入射させることができるように、光路中に波長λ１の光束は素通りさせ、波長λ２の光束及び波長λ３の光束については、光検出器との相対距離に応じて、受光位置がＰ２、Ｐ３からＰ２’、Ｐ３’へとそれぞれ変化する回折溝を形成した回折素子を用いる。
2011065277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とを備えた光源と、対物光学系と、単一の光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に移動可能に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部は同一のチップ上に形成され、前記第１発光部は、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されており、
前記回折素子は、前記第１の光束は透過し、かつ、前記第２の光束、及び、前記第３の光束は回折する回折溝を有することを特徴とする回折素子。
【請求項２】
前記回折溝は一次元構造であることを特徴とする請求項１に記載の回折素子。
【請求項３】
前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の段差面と、前記段差面と交差する３つ以上のテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の回折素子。
【請求項４】
以下の式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の回折素子。
３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ）          （１）
６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ）          （２）
７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ）          （３）
【請求項５】
前記回折素子に、前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数と、前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数の符号が互いに等しいことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の回折素子。
【請求項６】
前記回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが４０から７０の間であり、前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、としたとき以下の式（４）〜（７）のいずれかを満たすことを特徴とする請求項３に記載の回折素子。
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                          （４）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                      （５）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                          （６）
（ｍ，ｎ）＝（１，３）                          （７）
【請求項７】
前記回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが２０から４０の間であり、前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、としたとき以下の式（８）〜（１３）のいずれかを満たすことを特徴とする請求項３に記載の回折素子。
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                        （８）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                    （９）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−１）                    （１０）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                        （１１）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−２）                    （１２）
【請求項８】
以下の式（１３）〜（１５）を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の回折素子。
｜ΣΦ１ｊ｜＝０                              （１３）
｜ΣΦ２ｊ｜＝ｍ                              （１４）
｜ΣΦ３ｊ｜＝ｎ                              （１５）
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
【請求項９】
前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の回折素子。
【請求項１０】
前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する５つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する５つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第３段差面と、前記第３段差面と交差する２つの第３テラス面とを有し、前記２つの第３段差面が光軸直交方向に重なり合う第３ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第３ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の回折素子。
【請求項１１】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の回折素子。
｜ｍ｜＝｜ｎ｜                                （１６）
【請求項１２】
前記回折溝は、平行平板上に形成されていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一項に記載の回折素子。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか一項に記載の回折素子を搭載したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、前記第１発光部と前記第２発光部の光軸直交方向の間隔をＡ、前記第１発光部と前記第３発光部の光軸直交方向の間隔をＢとしたとき、以下の式（１７）を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
０．９×（λ２×｜ｍ｜）／（λ３×｜ｎ｜）≦Ａ／Ｂ≦１．１×
（λ２×｜ｍ｜）／（λ３×｜ｎ｜）      （１７）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生（記録／再生）を行える光ピックアップ装置に用いると好適な回折素子及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの一例であるＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。【０００３】
ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。【０００４】
高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクに応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。【０００５】
従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学素子をなるべく共通化することが光ピックアップ装置の構成の小型化・低コスト化に最も有利となる。【０００６】
特許文献１、２には、小型化・低コスト化を図るため、互いに異なる３つの波長の光束を出射できる半導体レーザを１パッケージに収容した光源及び共通の光検出器を用いて、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置が記載されている。【０００７】
一方、特許文献３には、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源が開示されている。また、特許文献４には複数の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置が開示されている。【０００８】
特許文献５には、波長λ１の光束が入射したときは０次回折光を発生させ、波長λ２の光束が入射したときはＭ次回折光を発生させ、波長λ３の光束が入射したときはＮ次回折光を発生させる回折素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３２７４０３号公報
【特許文献２】特開２００６−９９９４１号公報
【特許文献３】特開２００６−２６９９８７号公報
【特許文献４】特開２００４−３１９９１５号公報
【特許文献５】特開２００７−２９４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源の場合、各発光部が光軸直交方向にずれるため、単一の光検出器を用いてスポット検出を行う場合、発光部のズレ量に応じて各光束をシフトさせる必要がある。特許文献１、２においては、回折溝を用いて光束をシフトさせているが、発光点の間隔を既定値に精度良く合わせることが前提となっている。【００１１】
特許文献３によれば、４０５ｎｍ程度の光束を出射するいわゆる青紫色半導体レーザは、ＧａＮ基板に形成されるが、６５５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤色半導体レーザと、７８５ｎｍ前後の光束を出射するいわゆる赤外半導体レーザとは、ＧａＡｓ基板に形成されている。ここで、同一基板上に異なる半導体レーザを形成する場合（モノリシック構造という）、比較的容易に発光点間隔を精度良く維持することができる。ところが、別基板にそれぞれ半導体レーザを形成すると、同一パッケージに組み付ける際に、互いの発光点の間隔がばらつくことは避けられない（特許文献４の段落［００１０］、［００１１］、［００１２］参照）。しかるに、発光点の間隔が許容誤差を超えると、光検出器の受光面に光束が適切に集光されない恐れがある。これに対し、許容誤差範囲内に発光点の間隔を抑えると、歩留まりが悪化し、コストが増大するという問題がある。尚、特許文献５には、波長λ１の光束が入射したときは０次回折光を発生させ、波長λ２の光束が入射したときはＭ次回折光を発生させ、波長λ３の光束が入射したときはＮ次回折光を発生させる回折素子が開示されているが、かかる回折素子を用いて、波長λ１の光束の発光点と、波長λ２、λ３の光束の発光点との間の距離のバラツキにより発生する集光位置のズレを補正するという思想について、特許文献５には開示も示唆もされていない。【００１２】
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置に用いる回折素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の回折素子は、波長λ１の第１光束を出射する第１発光部と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２発光部と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３発光部とを備えた光源と、対物光学系と、単一の光検出器と、前記光源と前記光検出器との間の光路内に移動可能に配置され、前記第１光束と前記第２光束と前記第３光束が共通して通過する回折素子とを有し、前記第１発光部からの光束を、前記対物光学系により第１光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２発光部からの光束を、前記対物光学系により第２光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行い、前記第３発光部からの光束を、前記対物光学系により第３光ディスクの情報記録面上に集光させることでスポットを形成し、その反射光を受光した前記光検出器からの信号に基づいて、前記第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる回折素子であって、
前記光源は、前記第２発光部と前記第３発光部は同一のチップ上に形成され、前記第１発光部は、前記第２発光部及び前記第３発光部とは異なるチップ上に形成されており、
前記回折素子は、前記第１の光束は透過し、かつ、前記第２の光束、及び、前記第３の光束は回折する回折溝を有することを特徴とする。【００１４】
本発明の原理を、図１を参照して説明する。尚、図１では理解しやすいように、第１の光束と第２の光束と第３の光束とを上下方向にシフトして描いているが、紙面垂直方向に重なっていてもよい。本発明の回折素子に、波長λ１の光束を入射させた場合、回折素子から出射する回折光は０次回折光であるため素通り（透過）する。これに対し、波長λ２の光束を入射させた場合、回折素子から出射する回折光はｍ次（ｍ≠０）回折光となるため回折角θ２が与えられ、波長λ１の光束とは異なる方向に出射されることとなる。同様に、波長λ３の光束を入射させた場合、回折素子から出射する回折光はｎ次（ｎ≠０）回折光となるため回折角θ３が与えられ、波長λ１の光束とは異なる方向に出射されることとなる。ここで、光源の製造誤差により、第１発光部と第２発光部、及び、第１発光部と第３発光部との間隔が設計値からずれたために、光検出器の受光面上において、波長λ１の光束の受光位置Ｐ１が最適位置となるように、光検出器を図１の上下方向にシフト調整した場合を仮定すると、光検出器の受光面上において、波長λ１の光束の受光位置Ｐ１は適切であるが、波長λ２の光束及び波長λ３の光束の受光位置Ｐ２，Ｐ３は、受光面位置に対して適切な位置からずれることになる。かかる場合、回折格子を光ピックアップ装置の光軸方向に位置を変えると、波長λ１の光束は素通りするので、光検出器の受光位置Ｐ１は不変であるのに対し、波長λ２の光束及び波長λ３の光束光束については、回折素子と光検出器との相対距離に応じて、受光位置がＰ２，Ｐ３からＰ２’、Ｐ３’へとそれぞれ変化する。これにより、波長λ２，λ３の光束の受光位置を、波長λ１の光束とは独立して変化させることができ適切な位置とすることができる。【００１５】
従って３つの半導体レーザを１パッケージに収めた光源において、波長λ１の光束の発光点と、波長λ２、λ３の光束の発光点との間隔に誤差が生じていた場合でも、いずれの光束も光検出器の受光面の適切な位置に入射させることができる。尚、光ピックアップ装置の組み立て時に回折素子の光軸方向位置を調整し、組み立て後に固定してもよいし、回折素子を光軸方向に移動可能とし適時調整可能としてもよい。又、θ２＝θ３であると好ましい。【００１６】
請求項２に記載の回折素子は、請求項１に記載の発明において、前記回折溝は一次元構造であることを特徴とする。【００１７】
請求項３に記載の回折素子は、請求項１又は２に記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の段差面と、前記段差面と交差する３つ以上のテラス面とを有すると共に、隣接する前記テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成していることを特徴とする。【００１８】
請求項４に記載の回折素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、以下の式（１）〜（３）、
３９５（ｎｍ）≦λ１≦４１５（ｎｍ）                  （１）
６３０（ｎｍ）≦λ２≦７００（ｎｍ）                  （２）
７５０（ｎｍ）≦λ３≦８５０（ｎｍ）                  （３）
を満たすことを特徴とする。【００１９】
請求項５に記載の回折素子は、請求項１から４までのいずれかに記載の発明において、前記回折素子に、前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数と、前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数の符号が互いに等しいことを特徴とする。【００２０】
請求項６に記載の回折素子は、請求項３に記載の発明において、前記回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが４０から７０の間であり、前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、としたとき以下の式（４）〜（７）、
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                                （４）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                            （５）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                                （６）
（ｍ，ｎ）＝（１，３）                                （７）
のいずれかを満たすことを特徴とする。【００２１】
請求項７に記載の回折素子は、請求項３に記載の発明において、前記回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが２０から４０の間であり、前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、としたとき以下の式（８）〜（１２）、
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                                （８）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                            （９）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−１）                            （１０）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                                （１１）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−２）                            （１２）
のいずれかを満たすことを特徴とする。【００２２】
請求項８に記載の回折素子は、請求項６又は７に記載の発明において、以下の式（１３）〜（１５）、
｜ΣΦ１ｊ｜＝０                                      （１３）
｜ΣΦ２ｊ｜＝ｍ                                      （１４）
｜ΣΦ３ｊ｜＝ｎ                                      （１５）
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
を満たすことを特徴とする。【００２３】
式（１３）〜（１５）を満たすようにすれば、一ステップ単位内の全ての段差量に応じて発生する各光束の位相差を足したとき、その絶対値がそれぞれ、第１光束で略０、第２光束で略ｍ、第３光束で略ｎになるように各段差量を設定することによって、前記回折素子に第１光束が入射したときに０次回折光を発生させ、第２光束が入射したときにｍ次回折光を発生させ、第３光束が入射したときにｎ次回折光を発生させることができる。【００２４】
請求項９に記載の回折素子は、請求項１から７までのいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する３つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する３つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなることを特徴とする。【００２５】
請求項１０に記載の回折素子は、請求項１から７までのいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、前記光ピックアップ装置の光学系の光軸に略平行に延在する５つ以上の第１段差面と、前記第１段差面と交差する５つ以上の第１テラス面とを有すると共に、隣接する前記第１テラス面が前記光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面と、前記第２段差面と交差する２つの第２テラス面とを有し、前記２つの第２段差面が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造と、前記光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第３段差面と、前記第３段差面と交差する２つの第３テラス面とを有し、前記２つの第３段差面が光軸直交方向に重なり合う第３ステップ単位を、前記光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第３ステップ周期構造とを、互いに周期を合わせて重畳してなることを特徴とする。【００２６】
請求項１１に記載の回折素子は、請求項１から１０までのいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。【００２７】
｜ｍ｜＝｜ｎ｜                                    （１６）
請求項１２に記載の回折素子は、請求項１から１１までのいずれかに記載の発明において、前記回折溝は、平行平板上に形成されていることを特徴とする。【００２８】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１から１２までのいずれかに記載の回折素子を搭載したことを特徴とする。【００２９】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１３に記載の発明において、前記回折素子に前記第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、前記回折素子に前記第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎ、前記第１発光部と前記第２発光部の光軸直交方向の間隔をＡ、前記第１発光部と前記第３発光部の光軸直交方向の間隔をＢとしたとき、以下の式（１７）、を満たすことを特徴とする。
０．９×（λ２×｜ｍ｜）／（λ３×｜ｎ｜）≦Ａ／Ｂ≦１．１×
（λ２×｜ｍ｜）／（λ３×｜ｎ｜）      （１７）
を満たすことを特徴とする。【００３０】
回折溝で発生する回折光の回折角は、波長と回折次数の積で決まる。図２において、第１発光部ＬＤ１と第２発光部ＬＤ２の光軸直交方向の間隔をＡ、第１発光部ＬＤ１と第３発光部ＬＤ３の光軸直交方向の間隔をＢとしたとき、回折素子ＤＥに第２の光束λ２が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｍ、回折素子ＤＥに第３の光束λ３が入射した場合に発生する回折光の回折次数をｎとすると、（１７）式を満たすように、所定の間隔で発光部ＬＤ１〜ＬＤ３を配置することで、光検出器の所定領域に３つの光束λ１〜λ３を適切に入射させることができる。【００３１】
本明細書中において、回折溝により回折作用を受けずに透過する光束を０次回折光と呼ぶ。又、本明細書においては、光ピックアップ装置の光学系の光軸を、「光軸」と略する場合もある。【００３２】
本発明に係る光ピックアップ装置の光源は、第１発光部、第２発光部、第３発光部の少なくとも３つの発光部を有する。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。【００３３】
第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。なお、第１光ディスク、第２光ディスク又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。【００３４】
本明細書において、ＢＤとは、波長３９０〜４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８〜０．９程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．０５〜０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録層のみ有するＢＤや、２層以上の情報記録層を有するＢＤ等を含むものである。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。【００３５】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（１８）、（１９）、（２０）、
０．０５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１２５ｍｍ          （１８）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ              （１９）
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ              （２０）
を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。【００３６】
本明細書において、第１発光部、第２発光部、第３発光部は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１発光部から出射される第１光束の第１波長λ１、第２発光部から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３発光部から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（２１）、（２２）、
１．５・λ１＜λ２＜１．７・λ１              （２１）
１．８・λ１＜λ３＜２．０・λ１              （２２）
を満たすことが好ましい。【００３７】
また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１発光部の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３９５ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２発光部の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、７３０ｎｍ以下、より好ましくは、６３０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下であって、第３発光部の第３波長λ３は好ましくは、７３０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７５０ｎｍ以上、８５０ｎｍ以下である。【００３８】
第１発光部、第２発光部、第３発光部はユニット化された単一の光源となっていると好ましい。ユニット化とは、例えば第１発光部、第２発光部、第３発光部とが１パッケージに固定収納されているようなものをいう。この場合、第１発光部、第２発光部、第３発光部は光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って異なる位置に配置されている。尚、光源において、第２発光部及び第３発光部とは同一チップに形成され、第１発光部はそれとは別なチップに形成されていることが望ましい。このような光源の例が、特開２００４−３１９９１５号公報に開示されている。【００３９】
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は第１、第２、第３発光部のそれぞれに対応した複数（少なくとも３つ以上）の受光部を、光ピックアップ装置の光軸直交方向に異ならせて配置している。【００４０】
集光光学系は、対物レンズを有する。集光光学系は、対物レンズの他にコリメータ（コリメートレンズと称することもある）等のカップリングレンズを有していることが好ましい。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。コリメータは、カップリングレンズの一種で、コリメータに入射した光を平行光にして出射するレンズである。本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。対物レンズは、二つ以上の複数のレンズ及び／又は光学素子から構成されていてもよいし、単玉のレンズのみからなっていてもよいが、好ましくは単玉の凸レンズからなる対物レンズである。また、対物レンズは、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂などで光路差付与構造を設けたハイブリッドレンズであってもよい。対物レンズが複数のレンズを有する場合は、ガラスレンズとプラスチックレンズを混合して用いてもよい。対物レンズが複数のレンズを有する場合、光路差付与構造を有する平板光学素子と非球面レンズ（光路差付与構造を有していてもいなくてもよい）の組み合わせであってもよい。また、対物レンズは、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面であることが好ましい。【００４１】
対物レンズとしては、３波長で共用する単一の対物レンズを用いても良いし、２波長で共用する対物レンズと、残りの波長専用の対物レンズとを用いても良い。このような対物レンズは良く知られているので、説明を省略する。【００４２】
本発明の回折素子は、光源と受光素子の間の光路内であれば任意の位置に配置可能である。本発明の回折素子は、第１の光束が入射した場合には、０次回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、第２の光束が入射した場合には、ｍ次（ｍ≠０）回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなり、第３の光束が入射した場合には、ｎ次（ｎ≠０）回折光の回折効率が他の何れの回折次数の回折光の回折効率よりも高くなる回折溝を有する。このとき、回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが４０から７０の間であるときは、光学材料が豊富であり、材料選択の自由度が大きいが、以下の式（４）〜（７）、
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                                （４）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                            （５）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                                （６）
（ｍ，ｎ）＝（１，３）                                （７）
のいずれかを満たすことが望ましい。【００４３】
一方、回折素子の素材のｄ線におけるアッベ数νｄが２０から４０の間であるときは、第３光束の回折効率を向上することができるが、以下の式（８）〜（１３）、
（ｍ，ｎ）＝（１，１）                                （８）
（ｍ，ｎ）＝（−１，−１）                            （９）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−１）                            （１０）
（ｍ，ｎ）＝（１，２）                                （１１）
（ｍ，ｎ）＝（−２，−２）                            （１２）
のいずれかを満たすことが望ましい。【００４４】
好ましくは、以下の式（１６）、
｜ｍ｜＝｜ｎ｜                                        （１６）
を満たすことである。【００４５】
また、回折素子は、ガラス製又はプラスチック製とでき、図３に示すように平行平板上に形成されていると好ましい。尚、回折素子に、第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数と、第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数の符号が互いに等しいと好ましい。図１を参照して、第２の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数と、第３の光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数の符号が異なると、回折格子から出射する第２の光束の回折光と第３の光束の回折光とが異なる方向（０次の回折光を０度とすると一方が＋方向、他方が−方向）に進行し、回折機能を用いたスポット位置調整が困難となるからである。【００４６】
さらに、回折素子は、回折溝をその表面に形成したプラスチック層をガラス基板上に接合したハイブリッド型構造としても良いし、あるいは、分散が互いに異なる材料を接合し、その接合面に回折溝を形成した接合型構造としても良い。回折素子をハイブリッド型構造とする場合は、プラスチック層として光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。また、回折溝を、接合型構造により構成することによって、異なる波長帯域の光の回折を抑えて、第２光束及び第３光束のみを選択的に所望の回折効率をもって構成することができる。例えば、回折溝を異なる材料により構成し、各材料として、第１波長λ１の光束における屈折率と、第２波長λ２及び第３波長λ３の光束における屈折率とで所要の屈折率差を有するものを選定することによって、回折効率において良好な波長選択性を有する回折溝を構成することができる。【００４７】
また、本明細書でいう回折溝とは、光軸に略平行に延在する段差面を有し、回折によって、特定の波長を有する光束の進行方向を変える作用を持たせる構造の総称である。尚、回折溝は、同心円状ではなく、直線状のような一次元格子であることが好ましい。一例を挙げると、回折溝は、図３の斜視図に示すように、基板上に光軸直交方向にストレートな形状で構成されており、それぞれの単位形状に特定の波長を有する光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光束の進行方向を変えるような構造を含むものである。回折溝は、好ましくは段差面を複数有し、段差面は光軸直交方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸直交方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。回折溝は、一般に、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）があり、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。【００４８】
ブレーズ型構造とは、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、回折溝を有する回折素子の光軸を含む断面形状が、鋸歯状の形状ということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向（図で上下方向）に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、隣接する段差面同士を連結する斜面ＣＰとを有する。尚、図４の例においては、上方が光源側、下方が光検出器側であって、平行平板上に回折溝が形成されているものとする。ブレーズ型構造において、１つのブレーズ単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという（図４（ａ）、（ｂ）参照）。また、ブレーズの光軸に平行方向の段差面の光軸方向長さを段差量Ｂ（又はブレーズ高さｈと称することもある）という（図４（ａ）参照）。【００４９】
かかるブレーズ型構造は、後述する階段型構造と比べて、段差量が小さくなる傾向があるので、回折効率の波長依存性や温度依存性を小さくすることができるので、製造ばらつきにより発振波長が設計値からずれた光源であっても使用することが可能であり、使用可能な環境温度幅の広い光ピックアップ装置を提供することが可能となる。【００５０】
また、階段型構造とは、図４（ｃ）、（ｄ）に示されるように、回折溝を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、小階段状のもの（ステップ単位と称する）を複数有するということであり、具体的には、光ピックアップ装置の略光軸方向に沿って延在する複数の段差面ＳＴと、前記段差面と交差する複数のテラス面ＴＲとを有する。【００５１】
図４（ｃ）に示す階段型構造は、３つ以上（図示では５つ）の段差面ＳＴと、３つ以上（図示では５つ）のテラス面ＴＲとを有し、隣接するテラス面ＴＲが光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなるステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向（図で左右方向）に沿って複数個配置することによって、ステップ周期構造を形成してなるものである。即ち、特にテラス面ＴＲが３つ以上の階段型構造は、小さい段差面ＳＴと大きい段差面ＬＳＴとを有することになる。本明細書では、テラス面が３つの場合、３ステップ構造といい、図３に示すような４つの場合、４ステップ構造という。【００５２】
階段構造は、上述したブレーズ型構造と比べて、情報の記録／再生に使用する回折光と、不要次数光（情報の記録／再生に使用する回折光の次数とは異なる次数の回折光を指す）との回折角の差を大きくとることができるので、光検出器の受光面上で、情報の記録／再生に使用する回折光の集光スポットと、不要次数光の集光スポットの距離が小さくなりすぎず、良好な情報の記録／再生特性を得ることが可能となる。【００５３】
図４（ｄ）に示す回折溝は、略光軸方向に延在する隣接する段差面ＳＴ、ＳＴの端部同士により、間に挟まれたテラス面ＴＲを連結する構成であって、隣接するテラス面ＴＲ、ＴＲ同士は平行で光軸方向にシフトしている。本明細書では、テラス面が２つの場合、２ステップ構造という。尚、図４（ｅ）に示すように、最も高い側から１又は２以上のテラスＴＲを等量だけ低める方向にシフトしてなる構造も、階段型構造とする。【００５４】
また、階段型構造において、１つの階段単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという（図４（ｃ）、（ｄ）参照）。また、光軸方向に沿った段差ＬＳＴ、ＳＴの長さを段差量Ｂ１，Ｂ２という。３ステップ以上の階段型構造の場合、大段差量Ｂ１（第ｋ段差量）と小段差量Ｂ２とが存在することになる（図４（ｃ）参照）。一方、２ステップ構造の場合、基本的にＢ１＝Ｂ２である。【００５５】
尚、回折溝は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。【００５６】
又、１つの階段単位内に形成されるテラス面の幅は、１つの階段単位内で均等であっても良いし、非均等であっても良い。テラス面の幅を１つの階段単位内で非均等とすると、特定の次数の回折光の強度を強めたり、逆に弱めたりすることが出来るので、情報の記録／再生特性に影響を及ぼさないように、光検出器の受光面上での不要次数光（情報の記録／再生に使用する回折光の次数とは異なる次数の回折光を指す）の強度を調整することが可能となる。【００５７】
更に、１つの階段単位内に形成されるテラス面の幅を非均等とする場合は、金型で凹部となるテラス面の幅を他のテラス面よりも広くすることが好ましい。ここでいう金型で凹部とは、隣接する段差面が両側とも負であるテラス面を指す。このようにテラス面の幅を設定することで、先端幅の広い工具を用いて金型加工を行うことができ、１つの工具で複数の金型を加工することが可能となる。その結果、金型加工コストの低減につながる。【００５８】
回折溝が、ブレーズ型構造を有する場合、単位形状である鋸歯状の形状が繰り返された形状となる。図４（ａ）に示されるように、同一の鋸歯状形状が繰り返されてもよい。【００５９】
回折溝が、階段型構造を有する場合、図４（ｃ）で示されるようなステップ単位が、繰り返されるような形状等があり得る。【００６０】
尚、図５（ａ）に示す階段型構造の変形例の場合、テラス面ＴＲが光軸に対して傾いているが、この場合、段差量Ｂは、空気に接する側の交差角が１８０度以上である段差面ＳＴとテラス面ＴＲの交点間の光軸方向距離をいうものとする。又、図５（ｂ）に示す階段型構造の変形例の場合、テラス面ＴＲの奥に微小な段差が形成されているが、この場合も、段差量Ｂは、空気に接する側の交差角が１８０度以上である段差面ＳＴとテラス面ＴＲの交点間の光軸方向距離をいうものとする。尚、段差面ＳＴの光軸方向長さを微小に変えても良い。また、回折溝は、平行平板の光源側に設けても良いし、光検出器側に設けても良い。【００６１】
ここで、本発明の回折素子の回折次数の符号について説明する。【００６２】
（回折溝がブレーズ型構造の場合）
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接する段差面同士を連結する斜面ＣＰが、左から右に向かって高くなるように配置した回折素子に対して、下方から光束が入射した場合に右方向に回折する回折光を正の回折次数、左方向に回折する回折光を負の回折次数とする。【００６３】
（回折溝が階段型構造の場合）
図４（ｃ）に示すように、一ステップ単位内でテラス面ＴＲが左から右に向かって順次高くなるように配置した回折素子に対して、下方から光束が入射した場合に右方向に回折する回折光を正の回折次数、左方向に回折する回折光を負の回折次数とする。【００６４】
尚、階段型構造が、図４（ｅ）に示すように、最も高い側から１又は２以上のテラスＴＲを等量だけ低める方向にシフトしてなる構造である場合は、テラスＴＲをシフトする前の基礎構造（図４（ｅ）において点線で示す構造を指す）の一ステップ単位内でテラス面ＴＲが左から右に向かって順次高くなるように配置された回折素子に対して、下方から光束が入射した場合に右方向に回折する回折光を正の回折次数、左方向に回折する回折光を負の回折次数とする。【００６５】
光情報記録再生装置は、上述の回折素子を備えた光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。【００６６】
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。【００６７】
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。【００６８】
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００６９】
本発明によれば、小型化を図りコストを抑えつつも、異なる３種類の光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置に用いる回折素子を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の原理を示す図である。
【図２】発光部の間隔と、波長及び次数との関係を説明するための図である。
【図３】１次元の回折構造を有する回折素子の斜視図である。
【図４】回折溝の例を示す軸線方向断面図である。
【図５】回折溝の変形例を示す軸線方向断面図である。
【図６】異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。
【図７】図６に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印VII方向に見た図である。
【図８】回折素子ＤＥの位置と、光検出器ＰＤにおける各光束の受光位置との関係を示す概略図である。
【図９】回折素子ＤＥを、光源ユニットＬＤＰと対物レンズＯＢＪとの間に配置した光ピックアップ装置の概略図である。
【図１０】異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。
【図１１】実施例１の回折素子の断面図である。
【図１２】実施例３の回折素子の波長特性を示す図である。
【図１３】実施例４の回折素子の波長特性を示す図である。
【図１４】実施例６の回折素子の断面図である。
【図１５】実施例１６の回折素子の断面図であり、重畳により形成できるシフトした階段型の回折構造を示す。
【図１６】実施例１６の回折素子の波長特性を示す図である。
【図１７】実施例１７の回折素子の断面図であり、重畳により形成できるシフトした階段型の回折構造を示す。
【図１８】実施例１７の回折素子の波長特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図６は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。図７は、図６に示す光検出器ＰＤの受光面を矢印VII方向に見た図であり、集光スポットをハッチングで示している。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。
【００７２】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学系としての単一の対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、光束分離素子としての偏光ビームスプリッタＰＢＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１発光部）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２（第２発光部）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＬＤ３（第３発光部）を、１パッケージに収容して一体化した光源ユニットＬＤＰ、入射光束を３分割して出射するグレーティングＧＲＴ、センサレンズＳＮ、回折溝を有する回折素子ＤＥ、光検出器ＰＤ等を有する。尚、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３は同じチップに形成され、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なるチップに形成されている。
【００７３】
図３に示すような形状の回折素子ＤＥは、第１光束が入射したときに最も光量が高い回折光として０次回折光を発生し、第２光束が入射したときに最も光量が高い回折光として１次回折光を発生し、第３光束が入射したときに最も光量が高い回折光として１次回折光を発生する回折溝を表面に形成している。又、回折素子ＤＥは、不図示のガイドにより光軸方向に移動可能に保持されている。
【００７４】
図７に示されるように、光検出器ＰＤは、光軸に略直交する受光面側に、３行３列に並んだ受光部１１Ｒ〜３３Ｒを有する。受光部１１Ｒ〜１３ＲはＢＤからの反射光を受光する第１受光部であり、受光部２１Ｒ〜２３ＲはＤＶＤからの反射光を受光する第２受光部であり、受光部３１Ｒ〜３３ＲはＣＤからの反射光を受光する第３受光部である。受光部１２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ１ｅ、１ｃ、１ｆ、１ｄとする。又受光部１２Ｒの両側の受光部１１Ｒ、１３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ１ｈ、１ｇ、及び１ｂ、１ａとする。受光部２２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ２ｅ、２ｃ、２ｆ、２ｄとする。又受光部２２Ｒの両側の受光部２１Ｒ、２３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ２ｈ、２ｇ、及び２ｂ、２ａとする。更に受光部３２Ｒは、上下左右に４分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ３ｅ、３ｃ、３ｆ、３ｄとする。又受光部３２Ｒの両側の受光部３１Ｒ、３３Ｒは、左右に２分割され、その受光量に基づく信号をそれぞれ３ｈ、３ｇ、及び３ｂ、３ａとする。
【００７５】
次に光ピックアップ装置ＰＵ１の動作について説明する。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００７６】
ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００７７】
より具体的には、ＢＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（１ｃ＋１ｆ）−（１ｅ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。
【００７８】
一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（１ａ＋１ｇ＋１ｅ＋１ｆ）−（１ｂ＋１ｈ＋１ｃ＋１ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（１ａ＋１ｂ＋１ｃ＋１ｄ＋１ｅ＋１ｆ＋１ｇ＋１ｈ）で表される。
【００７９】
次に、第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００８０】
ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００８１】
より具体的には、ＤＶＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（２ｃ＋２ｆ）−（２ｅ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。
【００８２】
一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（２ａ＋２ｇ＋２ｅ＋２ｆ）−（２ｂ＋２ｈ＋２ｃ＋２ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（２ａ＋２ｂ＋２ｃ＋２ｄ＋２ｅ＋２ｆ＋２ｇ＋２ｈ）で表される。
【００８３】
次に、第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に対物レンズＯＢＪにより集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００８４】
ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００８５】
より具体的には、ＣＤに対してフォーカスサーボが入った状態のフォーカスエラー（ＦＥ）信号、トラッキングエラー（ＴＥ）信号及び記録マーク再生信号（ＲＦ）を観察する。例として、フォーカスサーボは非点収差法が用いられ、ＦＥ信号は（３ｃ＋３ｆ）−（３ｅ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングさせる。
【００８６】
一方、トラッキングサーボはＤＰＰ法を用いることとする。ＤＰＰ法において、ＴＥ信号は、（３ａ＋３ｇ＋３ｅ＋３ｆ）−（３ｂ＋３ｈ＋３ｃ＋３ｄ）によって得られるものであり、これがゼロに近づくように対物レンズ用アクチュエータにより対物レンズＯＢＪをトラッキングさせる。尚、ＲＦ信号は、各受光光量の総和であり、（３ａ＋３ｂ＋３ｃ＋３ｄ＋３ｅ＋３ｆ＋３ｇ＋３ｈ）で表される。
【００８７】
ところで、上述したように第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３は同じチップに形成され、第１半導体レーザＬＤ１は、それとは異なるチップに形成されているので、光源ユニットＬＤＰに組み付ける際に、第１半導体レーザＬＤ１と、第２半導体レーザＬＤ２及び第３半導体レーザＬＤ３との間隔にバラツキが生じる。一方、光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜３３Ｒは、相対位置をずらすことができない。従って、半導体レーザの間隔が許容誤差を超えると、各光束を受光部１１Ｒ〜３３Ｒに適切に受光させることができなくなる。そこで、本実施の形態では、以下のようにして、かかる問題を解決している。
【００８８】
図８は、回折素子ＤＥの位置と、光検出器ＰＤにおける各光束の受光位置との関係を示す概略図であるが、理解しやすいように各光束は線で示しており、光検出器の受光部は中央のみ（１２Ｒ〜３２Ｒ）示している。例えば、図８（ａ）に示す状態では、第１半導体レーザと第２半導体レーザとの間隔及び第１半導体レーザと第３半導体レーザとの間隔が基準値より大きく、回折素子ＤＥを通過した第１光束の０次回折光（ハッチング円で示すスポットλ１）が、それぞれ受光部１２Ｒの中央に位置するように光学系をセットすると、第２光束と第３光束の１次回折光（ハッチング円で示すスポットλ２、λ３）が受光部２２Ｒ、３２Ｒの下方に集光してしまい、不適切な信号が出力される恐れがある。
【００８９】
かかる場合、図８（ｂ）に示すように、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに接近させるように移動させると、回折素子ＤＥを通過した第１光束の０次回折光の光路は変わらないのに対し、第２光束と第３光束の１次回折光は、それぞれ受光部２２Ｒ、３２Ｒの中央に近づくようになる。即ち、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤに対して相対的に移動することで、全ての光束をそれぞれ受光部に適切に集光することができるのである。尚、第２光束と第３光束の１次回折光が受光部２２Ｒ、３２Ｒの上方に集光してしまう場合には、回折素子ＤＥを光検出器ＰＤから離間させるように移動させればよい。
【００９０】
図９は、回折素子ＤＥを、別な位置として光源ユニットＬＤＰと対物レンズＯＢＪとの間に配置した光ピックアップ装置の概略図であるが、一部の素子を省略しており、理解しやすいように各光束は線で示している。本変形例でも、回折素子ＤＥを光軸方向に移動させたとき、光検出器ＰＤの受光面上における、回折素子ＤＥを通過した第１光束の０次回折光の集光位置は変わらないのに対し、第２光束と第３光束の１次回折光の集光位置は変化するため、回折素子ＤＥの光軸方向位置を調整することで、全ての回折光を適切な位置に集光することができる。
【００９１】
図１０は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ２は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本実施の形態は、上述した実施の液体に対し異なる点のみを説明し、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００９２】
本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２は、対物光学系として、第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とを有する。第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とは、ホルダＨＤにより保持されており、不図示のアクチュエータにより、いずれか一方を光ピックアップ装置の光路内に挿入できるようになっている。第１対物レンズＯＢＪ１は、第１光束専用設計とされ、第２対物レンズＯＢＪ２は、第２光束及び第３光束共用設計とされている。
【００９３】
次に光ピックアップ装置ＰＵ２の動作について説明する。ＢＤ使用時には、第１対物レンズＯＢＪ１が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第１半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、実線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第１対物レンズＯＢＪ１により集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板を介して、ＢＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００９４】
ＢＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部１１Ｒ〜１３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第１対物レンズＯＢＪ１をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００９５】
次に、ＤＶＤ使用時には、第２対物レンズＯＢＪ２が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第２半導体レーザＬＤ２から射出された第２光束（λ２＝６５５ｎｍ）の発散光束は、一点鎖線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第２対物レンズＯＢＪ２により集光された光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００９６】
ＤＶＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部２１Ｒ〜２３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第２対物レンズＯＢＪ２をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００９７】
次に、ＣＤ使用時には、第２対物レンズＯＢＪ２が光ピックアップ装置の光路内に挿入される。第３半導体レーザＬＤ３から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、点線で示すように、グレーティングＧＲＴを通過して３分割された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを通過して平行光となり、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、不図示の絞りによりその光束径が規制され、更に第２対物レンズＯＢＪ２により集光された光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板を介して、ＣＤの情報記録面上に形成されるスポットとなる。
【００９８】
ＣＤの情報記録面上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２、不図示の絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＯＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、センサレンズＳＮ及び回折素子ＤＥを通過して、３分割された光束がそれぞれ光検出器ＰＤの受光部３１Ｒ〜３３Ｒ上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示の対物レンズ用アクチュエータにより第２対物レンズＯＢＪ２をフォーカシングやトラッキングさせることで、ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００９９】
このように、第１対物レンズＯＢＪ１を、第１光束専用設計とし、第２対物レンズＯＢＪ２を、第２光束及び第３光束共用設計とすれば、回折素子ＤＥにおける回折効率が第３光束について低下するような場合でも、光検出器ＰＤの最低限の受光量を確保することができる。尚、第１対物レンズＯＢＪ１を、第１光束及び第２光束共用設計とし、第２対物レンズＯＢＪ２を、第３光束専用設計としても良い。
【０１００】
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、回折素子ＤＥを、偏光ビームスプリッタＰＢＳと光検出器ＰＤの間の光路中に配置する構成としたが、光源ユニットＬＤＰと偏光ビームスプリッタＰＢＳの間の光路中に配置しても良い。また、回折素子ＤＥを他の光学素子と一体化してもよい。例えば、センサレンズＳＮの何れかの光学面上に回折溝を形成したり、グレーティングＧＲＴの何れかの光学面上に回折溝を形成したりすることで部品点数を削減することが可能となる。
【実施例】
【０１０１】
以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。尚、以下の表の数値において、回折次数の符号は、実施例の断面図において、水平な光軸に沿って入射した光束が、下方に向かう場合を＋とし、上方に向かう場合を−とする。また、段差量ｄｉの符号は、実施例の断面図において、上方に隣接するテラス面より右側に向かう方向を＋とし、上方に隣接するテラス面より左側に向かう方向を−とする。また、ブレーズ高さｈの符号は、実施例の断面図において、上方に隣接する斜面より右側に向かう方向を＋とし、上方に隣接する斜面より左側に向かう方向を−とする。実施例の断面図において、段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの数値の後ろに記載されている符号は、上述したように段差量ｄｉ、及び、ブレーズ高さｈの符号を表す。【０１０２】
（実施例１）
実施例１は、テラス面が３つある３ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１に示す。図１１は、実施例１の回折素子の光軸方向断面図である。実施例１の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、第１、２番目の段差面の段差量＝０．８３１μｍであり、第３番目の段差面の段差量＝−１．６６３μｍである。【０１０３】
【表１】
2011065277.tif 000003
【０１０４】
ここで、実施例１の階段型構造を通過した光束の波面について説明する。階段型構造を通過した波長λ１＝４０５ｎｍの第１光束の平均波面の進行方向は、入射光の進行方向と同じ方向となる。このとき、段差量＝０．８３１μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ＋０．１５０×λ１波長ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士の位相のズレは、殆ど無いため（ΣΦ１ｊ＝０）、階段型構造を通過した第１光束は回折作用を受けずにそのまま通過する（このような光束を０次回折光とよぶ）。【０１０５】
一方、実施例１の階段型構造を通過した波長λ２＝６５５ｎｍの第２光束の平均波面の進行方向は、入射光の進行方向に対して変化することとなる。このとき、段差量＝０．８３１μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ−０．３１４×λ２波長ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士では、−１×λ２波長ずれることとなるため（ΣΦ２ｊ＝−１）、階段型構造を通過した第２光束の回折次数は−１次となる。【０１０６】
同様に、実施例１の階段型構造を通過した波長λ３＝７８５ｎｍの第３光束の平均波面の進行方向は、入射光の進行方向に対して変化することとなる。このとき、段差量＝０．８３１μｍで光軸に沿ってシフトした隣接するテラス面を通過した波面は、それぞれ−０．４３１×λ３波長ずつずれてゆき、任意のステップ単位内の第ｊ番目の段差と、それに隣接するステップ単位内の第ｊ番目の段差を通過した光束の波面同士では、−１×λ３波長ずれることとなるため（ΣΦ３ｊ＝−１）、階段型構造を通過した第３光束の回折次数は−１次となる。実施例１では、第１光束の０次回折光の回折効率は５２．６％、第２光束の−１次回折光の回折効率は６７．７％、第３光束の−１次回折光の回折効率は５２．８％である。【０１０７】
（実施例２）
実施例２は、テラス面が３つある３ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表２に示す。実施例２の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、第１、２番目の段差面の段差量＝６．４３５μｍであり、第３番目の段差面の段差量＝−１２．８７０μｍである。実施例２の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７６．２％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６７．６％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は５９．８％である。【０１０８】
【表２】
2011065277.tif 000004
【０１０９】
（実施例３）
実施例３は、テラス面が５つある５ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表３に示す。実施例３の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、第１〜４番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、第５番目の段差面の段差量＝−２０．２０１μｍである。実施例３の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８１．７％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７０．６％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は５０．７％である。実施例３の回折格子における第１光束の波長依存性を図１２に示す。【０１１０】
【表３】
2011065277.tif 000005
【０１１１】
（実施例４）
実施例４は、テラス面が７つある７ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表４に示す。実施例４の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、第１〜６番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、第７番目の段差面の段差量＝−３０．１５１μｍである。実施例４の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６６．２％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は９３．０％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋３次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は５１．５％である。実施例４の回折格子における第１光束の波長依存性を図１３に示す。【０１１２】
【表４】
2011065277.tif 000006
【０１１３】
（実施例５）
実施例５は、テラス面が３つある３ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表５に示す。実施例５の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１、２番目の段差面の段差量＝６．４７６μｍであり、第３番目の段差面の段差量＝−１２．９５１μｍである。実施例５の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は９３．６％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６０．７％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６１．７％である。【０１１４】
【表５】
2011065277.tif 000007
【０１１５】
（実施例６）
実施例６は、テラス面が４つある４ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表６に示す。図１４は、実施例６の回折素子の光軸方向断面図である。実施例６の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜３番目の段差面の段差量＝５．８９０μｍであり、第４番目の段差面の段差量＝−１７．６６９μｍである。実施例６の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８８．２％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７６．３％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７１．１％である。【０１１６】
【表６】
2011065277.tif 000008
【０１１７】
（実施例７）
実施例７は、テラス面が４つある４ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表７に示す。実施例７の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜３番目の段差面の段差量＝６．５０８μｍであり、第４番目の段差面の段差量＝−１９．５２４μｍである。実施例７の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は１００．０％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８０．４％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８１．０％である。【０１１８】
【表７】
2011065277.tif 000009
【０１１９】
（実施例８）
実施例８は、テラス面が５つある５ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表８に示す。実施例８の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜４番目の段差面の段差量＝５．１７４μｍであり、第５番目の段差面の段差量＝−２０．６９６μｍである。実施例８の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８１．７％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は５５．７％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８４．３％である。【０１２０】
【表８】
2011065277.tif 000010
【０１２１】
（実施例９）
実施例９は、テラス面が５つある５ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表９に示す。実施例９の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜４番目の段差面の段差量＝５．８２５μｍであり、第５番目の段差面の段差量＝−２３．２９９μｍである。実施例９の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８１．７％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７５．６％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６９．３％である。【０１２２】
【表９】
2011065277.tif 000011
【０１２３】
（実施例１０）
実施例１０は、テラス面が５つある５ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１０に示す。実施例１０の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜４番目の段差面の段差量＝６．５０８μｍであり、第５番目の段差面の段差量＝−２６．０３２μｍである。実施例１０の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は１００．０％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７８．２％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７３．１％である。【０１２４】
【表１０】
2011065277.tif 000012
【０１２５】
（実施例１１）
実施例１１は、テラス面が７つある７ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１１に示す。実施例１１の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜６番目の段差面の段差量＝５．８５７μｍであり、第７番目の段差面の段差量＝−３５．１４４μｍである。実施例１１の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は１００．０％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６８．８％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７５．０％である。【０１２６】
【表１１】
2011065277.tif 000013
【０１２７】
（実施例１２）
実施例１２は、テラス面が７つある７ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１２に示す。実施例１２の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜６番目の段差面の段差量＝６．４７６μｍであり、第７番目の段差面の段差量＝−３８．８５３μｍである。実施例１２の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は６６．２％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７１．５％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７３．３％である。【０１２８】
【表１２】
2011065277.tif 000014
【０１２９】
（実施例１３）
実施例１３は、テラス面が８つある８ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１３に示す。実施例１３の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜７番目の段差面の段差量＝５．８２５μｍであり、第８番目の段差面の段差量＝−４０．７７３μｍである。実施例１３の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は５７．８％であり、また第２光束が入射したときは出射光において＋１次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７６．０％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において＋２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８０．８％である。【０１３０】
【表１３】
2011065277.tif 000015
【０１３１】
（実施例１４）
実施例１４は、テラス面が８つある８ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１４に示す。実施例１４の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜７番目の段差面の段差量＝６．５０８μｍであり、第８番目の段差面の段差量＝−４５．５５７μｍである。実施例１４の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は１００．０％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７８．５％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は８０．９％である。【０１３２】
【表１４】
2011065277.tif 000016
【０１３３】
（実施例１５）
実施例１５は、テラス面が９つある９ステップの階段型構造を１ステップ単位として周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１５に示す。実施例１５の階段型構造は、素材のアッベ数が３０であり、第１〜８番目の段差面の段差量＝６．５０８μｍであり、第９番目の段差面の段差量＝−５２．０６５μｍである。実施例１５の回折素子に、第１光束が入射したときは出射光において０次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は１００．０％であり、また第２光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７９．６％であり、更に第３光束が入射したときは出射光において−２次回折光の強度が最も高くなり、その回折効率は７１．６％である。【０１３４】
【表１５】
2011065277.tif 000017
【０１３５】
（実施例１６）
実施例１６は、実施例３の５ステップの階段型構造のうち高い方の２ステップを光軸方向の低い側に、光路差にして、−２０×λ１だけシフト（物理的なシフト量は、−２０×λ１／（ｎ１−１）＝−１４．４６１μｍである）したものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１６に示す。図１５（ｃ）に、実施例１６の回折構造の断面図を示す。実施例１６の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、１番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、２番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、３番目の段差面の段差量＝−９．４３６μｍであり、４番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、５番目の段差面の段差量＝−５．６４０μｍである。【０１３６】
実施例１６の階段型構造を言い換えると、図１５（ａ）に示すごとき、回折構造が、光ピックアップ装置の光軸（図１５で左右方向）に略平行に延在する５つの第１段差面ＳＴ１と、第１段差面ＳＴ１と交差する５つの第１テラス面ＴＲ１とを有すると共に、隣接する第１テラス面ＴＲ１が光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造ＣＳ１（５ステップ構造）と、図１５（ｂ）に示すごとき、光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面ＳＴ２と、第２段差面ＳＴ２と交差する２つの第２テラス面ＴＲ２とを有し、２つの第２段差面ＳＴ２が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造ＣＳ２（２ステップ構造）とを、互いに周期を合わせて重畳してなり（図１５（ｃ）参照）、且つ以下の式（１３）〜（１５）を満たすものである。【０１３７】
｜ΣΦ１ｊ｜＝０                              （１３）
｜ΣΦ２ｊ｜＝１                              （１４）
｜ΣΦ３ｊ｜＝１                              （１５）
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。【０１３８】
実施例１６の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面ＳＴが図１５（ｃ）で上方に隣接するテラス面ＴＲより右側に向かう方向を正、図１５（ｃ）で上方に隣接するテラス面ＴＲより左側に向かう方向を負としたときに、段差面ＳＴは、一ステップ単位内で上方から順に正、正、負、正、負の順に配列されており、対向する正の段差面ＳＴと負の段差面ＳＴの光軸方向長さの絶対値は異なっている。尚、この構造に、図５に示すような斜面や微小段差を設けることは任意である。又、第１ステップ周期構造の第１段差面は３つ以上であれば足りる。【０１３９】
【表１６】
2011065277.tif 000018
【０１４０】
図１６は、実施例１６の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１６に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに±５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約２０％程度であり、図１２と比較してわかるように波長特性の改善が図られている。しかしながら、実施例１６では、第１光束の０次回折光の回折効率が８１．７％、第２光束の＋１次回折光の回折効率が７９．５％であるのに対し、第３光束の＋１次回折光の回折効率は３６．９％と低く、その増大が課題となっている。【０１４１】
（実施例１７）
実施例１７は、実施例４の１番目〜６番目の段差量＝５．０２５μｍ、７番目の段差量が、−３０．１５１μｍである７ステップの階段型構造のうち高い方から４番目及び５番目の２ステップを光軸方向の低い側に、光路差にして、−１０×λ１だけシフト（物理的なシフト量は、−１０×λ１／（ｎ１−１）＝−７．２３０μｍである）し、さらに高い方の３ステップを光軸方向の低い側に、光路差にして、−２０×λ１だけシフト（物理的なシフト量は、−２０×λ１／（ｎ１−１）＝−１４．４６１μｍである）したものを１ステップ単位とし、これを周期的に繰り返してなる回折溝を備えた回折素子であり、その形状データを表１７に示す。図１７（ｄ）に、実施例１７の回折構造の断面図を示す。実施例１７の階段型構造は、素材のアッベ数が５６であり、１番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、２番目の段差面の段差量＝−２．２０５μｍであり、３番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、４番目の段差面の段差量＝−９．４３６μｍであり、５番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、６番目の段差面の段差量＝５．０２５μｍであり、７番目の段差面の段差量＝−８．４６０μｍである。【０１４２】
実施例１７の階段型構造を言い換えると、図１７（ａ）に示すごとき、回折構造が、光ピックアップ装置の光軸（図１７で左右方向）に略平行に延在する７つの第１段差面ＳＴ１と、第１段差面ＳＴ１と交差する７つの第１テラス面ＴＲ１とを有すると共に、隣接する第１テラス面ＴＲ１が光ピックアップ装置の光軸方向に順次シフトしてなる第１ステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第１ステップ周期構造ＣＳ１（７ステップ構造）と、図１７（ｂ）に示すごとき、光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第２段差面ＳＴ２と、第２段差面ＳＴ２と交差する２つの第２テラス面ＴＲ２とを有し、２つの第２段差面ＳＴ２が光軸直交方向に重なり合う第２ステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第２ステップ周期構造ＣＳ２（２ステップ構造）と、図１７（ｃ）に示すごとき、光ピックアップ装置の光軸に略平行に延在する２つの第３段差面ＳＴ３と、第３段差面ＳＴ３と交差する２つの第３テラス面ＴＲ３とを有し、２つの第３段差面ＳＴ３が光軸直交方向に重なり合う第３ステップ単位を、光ピックアップ装置の光軸に交差する方向に沿って複数個配置することによって形成された第３ステップ周期構造ＣＳ３（２ステップ構造）とを、互いに周期を合わせて重畳してなり（図１７（ｄ）参照）、且つ以下の式（１３）〜（１５）を満たすものである。【０１４３】
｜ΣΦ１ｊ｜＝０                              （１３）
｜ΣΦ２ｊ｜＝１                              （１４）
｜ΣΦ３ｊ｜＝２                              （１５）
但し、Φｉｊ（ｉ＝１、２、３）は、一ステップ単位内に存在する段差量（隣接する前記テラス面間の前記光軸方向シフト量とする）を第１段差量ｄ１、第２段差量ｄ２、第３段差量ｄ３、・・・・、第ｊ段差量ｄｊ、としたとき、各段差量により発生する第ｉ波長λｉの位相差である。
ここで、
Φｉｊ＝φｉｊ−ＲＯＵＮＤ（φｉ）
φｉｊ＝ｄｊ／λｉ×（ｎｉ−１）
ΣΦｉｊ＝Φｉ１＋Φｉ２＋・・・＋Φｉｊ−１＋Φｉｊ
第ｉ波長：λｉ（μｍ）
第ｉ波長λｉにおける回折素子の屈折率：ｎｉ
第ｊ段差：ｄｊ（μｍ）
任意の実数Ａの小数点以下第一位を四捨五入して得られる整数：ＲＯＵＮＤ（Ａ）
である。【０１４４】
実施例１７の階段型構造を更に言い換えると、光軸直交方向において、段差面が図１７で上方に隣接するテラス面ＴＲより右側に向かう方向を正、図１７で上方に隣接するテラス面ＴＲより左側に向かう方向を負としたときに、段差面は、上方から順に正、負、正、負、正、正、負の順に配列されており、対向する正の前記段差面と負の前記段差面の光軸方向長さの絶対値は異なっている。尚、この構造に、図５に示すような斜面や微小段差を設けることは任意である。又、第１ステップ周期構造の第１段差面は５つ以上であれば足りる。【０１４５】
【表１７】
2011065277.tif 000019
【０１４６】
図１８は、実施例１７の回折素子における回折効率の波長依存性を示す図である。図１８に示すように、４０５ｎｍを中心として、半導体レーザに±５ｎｍの波長変化が生じた場合でも、回折効率の低下は約２０％程度であり、図１３と比較してわかるように波長特性の改善が図られている。しかも、実施例１７では、第１光束の０次回折光の回折効率が６８．９％、第２光束の＋１次回折光の回折効率が８７．５％、第３光束の＋２次回折光の回折効率が４３．８％となり、各光束の回折効率のバランスが図られている。【０１４７】
以上の実施例では、光束が出射する側の光学面上に回折溝を形成したが、光束が入射する側の光学面上に回折溝を形成してもよい。【０１４８】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。
【符号の説明】
【０１４９】
ＣＯＬ  コリメートレンズ
ＤＥ  回折素子
ＧＲＴ  グレーティング
ＨＤ  ホルダ
ＬＤ１  第１半導体レーザ
ＬＤ２  第２半導体レーザ
ＬＤ３  第３半導体レーザ
ＬＤＰ  光源ユニット
ＯＢＪ  対物レンズ
ＯＢＪ１  第１対物レンズ
ＯＢＪ２  第２対物レンズ
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
ＰＤ  光検出器
ＰＵ１  光ピックアップ装置
ＰＵ２  光ピックアップ装置
ＱＷＰ  λ／４波長板
ＳＮ  センサレンズ
【図８】
2011065277.tif 000020
【図１】
2011065277.tif 000021
【図２】
2011065277.tif 000022
【図３】
2011065277.tif 000023
【図４】
2011065277.tif 000024
【図５】
2011065277.tif 000025
【図６】
2011065277.tif 000026
【図７】
2011065277.tif 000027
【図９】
2011065277.tif 000028
【図１０】
2011065277.tif 000029
【図１１】
2011065277.tif 000030
【図１２】
2011065277.tif 000031
【図１３】
2011065277.tif 000032
【図１４】
2011065277.tif 000033
【図１５】
2011065277.tif 000034
【図１６】
2011065277.tif 000035
【図１７】
2011065277.tif 000036
【図１８】
2011065277.tif 000037
【国際調査報告】
2011065277.tif 000038
2011065277.tif 000039
2011065277.tif 000040
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